可挥发性有机物的治理工艺技术综述

陈安营

（大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714）

专题论述

可挥发性有机物的治理工艺技术综述

陈安营

（大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714）

阐述了传统尾气治理技术的原理和优缺点及VOCS处理流程，展望了新兴VOCs治理技术，提出了废弃预处理和深度处理的建议。

可挥发性有机物；VOCs；尾气；处理

随着经济的飞速发展，工业尾气排放量大大增加。可挥发性有机物成为环保治理的重要目标。2013年9月，国务院发布《大气污染防治行动计划》要求推进石化行业挥发性有机物（VOCs）综合整治。2014年12月，环境保护部发布《石化行业挥发性有机物综合整治方案》要求强化废水废液废渣系统逸散废气的治理［1～3］。

2015年7月，国家环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布了新版《石油化学工业污染物排放标准》，其中对于挥发性有机物大气污染物排放限值，废气中有机特征污染物排放限值做出了明确要求。化工逸散尾气中包含以苯、甲苯、二甲苯、酚类为代表的烃类污染物［4］。其限值分别为4、15、20、20 mg/m3。该限值较原标准GB16297-1996有了明显的提高。在环保日益瞩目的前提下，进行工业可挥发性污染物治理显得尤为重要。

1 传统VOCs治理技术

根据石油化工污水处理设计规范GB50747-2012规定，废气处理可采用生物处理法。当废气非甲烷总烃含量不低于3 000 mg/m3时，可采用催化燃烧法。

1.1 生物处理法

生物处理法，可以处理较低浓度的VOCs，核心处理设备是生物滤床。生物滤床中固化了特定生物细菌，通过填料和细菌的吸附作用，以及细菌对VOCs的分解作用，使VOCs转化成无污染的CO2和H2O排放到空气中得到净化。

生物处理技术具有投资少，运行维护成本低的优点。但是目前生物处理技术能够处理的废气浓度一般较低，出口标准相对低。在《石油化学工业污染物排放标准》实施后，没有高浓度有机物达标处理成功案例。

1.2 燃烧法

燃烧法是利用VOCs可燃性，在一定的温度下，将它们通入到焚烧炉中，就可以使这些有机物燃烧，生成CO2和H2O。即实现了VOCs无害化处理。燃烧法根据燃烧温度和燃烧方式的不同，可以分成催化燃烧法和直接燃烧法2种形式。

催化燃烧法是在反应系统加入某种催化剂，在催化剂的作用下，降低VOCs的燃点。使VOCs能够低温下完全燃烧，生成CO2和H2O，然后将它们排人到空气中的方法。目前使用的催化剂类型较多，主要是贵金属催化剂（如Pt、Pd）和非贵金属催化剂（如V、Ti、Fe、Cu等）。

直接燃烧法在运行时，需要补充燃料气，以保持VOCs废气的燃烧。

1.3 冷凝分离技术

冷凝分离技术原理基于物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低系统温度或提高系统压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物，蒸汽分压超过其相应的饱和蒸汽分压。进而冷凝成液态从废气中分离出来的过程。

冷凝分离技术流程中，通常包含升压设备、冷换设备。该技术多用于高浓度、高沸点的废气，多用于废气溶剂回收利用，适用范围窄［5］。

1.4 吸收技术

吸收是利用液体分离气体混合物的处理过程。其作用原理是根据气体混合物中各组分在液体中的溶解度不同，而达到分离目的的传质过程。吸收剂的选择根据混合气体关键组分来确定。

1.5 吸附技术

任何一种吸附剂对于同一种被吸附的气体来说，在吸附平衡的情况下，温度越低，压力越高吸附量越大。反之温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体吸附分离方法通常采用变温吸附或者变压吸附2种循环过程。如温度不变，在加压的情况下吸附，用减压或常压解吸方法，称为变压吸附。

目前使用比较多的是活性炭吸附技术，其特点是出口VOCs浓度较低，缺点是吸附过程放热量大，存在水解和重碳残留等难题。另外活性炭的再生频率和再生完全程度直接影响装置的运行周期和处理效果。因此可以将吸附作为废气净化的最后环节，处理浓度较低的混合气体。

变压吸附的方法早就有工业应用。主要应用于气分装置，并有成熟的工业化应用案例。只是用于VOCs治理上，是在近些年刚刚提出的。如果解决吸附剂再生和二次污染的问题，其今后的发展前景广阔。

2 典型流程应用

根据上述介绍净化技术的特点，目前使用较为广泛的净化工艺是单独的生物处理技术，主要适用于低浓度气体净化，投资和运行费用以及维护难度较小，是目前使用较多的技术。燃烧技术氧化产物最为彻底，处理标准最高，但是能耗较高，使用受限。催化燃烧法近些年在国内被逐渐认识采纳，但是进口催化剂成本较高，国产催化剂性能有待进一步提高，其使用受到一定限制。

在多元技术联合使用上，典型的工艺流程为，冷凝+吸附法、生物技术+吸附法。其流程设置是根据原料气的组分、浓度以及各种净化工艺特性和操作运行成本等因素综合决定的。

近几年有较多膜分离新技术使用，其典型流程为:膜分离+吸附法、冷凝+膜分离+吸附法、膜分离+冷凝+吸附法。膜分离技术作为新兴技术日益被人们关注。

3 新兴技术展望

3.1 膜分离技术

膜法多元混合气体分离是20世纪80年代后期，随高分子材料技术发展而迅速发展起来的一项高新技术。其作用机理是利用不同气体在高分子膜中的通过能力/扩散能力以及速度不同而实现气体分离［6～9］。

气体分子在膜高压侧溶解于膜中，并在膜两侧分压差驱动下，在膜中扩散，并从低压侧脱逸。溶解/扩散利用不同组分在膜材料中溶解/扩散的速度具有很大差异，从而将各组份分离。

该技术特点是，占地和投资相对小、运行费用较低。缺点是单独应用膜分离技术通常无法将各组分完全分离，因此该技术需要与传统工艺结合使用。可以将该技术作为预处理单元使用，去除大部分的目标气体，然后辅助常规处理技术，能取得更好的效果。

3.2 等离子技术

等离子技术原理是利用NS级的高压脉冲电流进行放电，在常温常压环境中，获得非平衡等离子体。介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能。这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团。同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可以产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团。这些活性基团相互碰撞后便引起一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体活性基团组成可以看出，等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的［10～14］。

等离子技术对废气组成没有选择性，而且能量极高，几乎所有污染物分子都能从分子结构上被破坏，从而得到净化。具有较大的发展空间。

3.3 紫外光催化氧化技术

紫外光催化氧化技术是在光的作用下进行化学反应。反应机理是利用高能紫外光束照射，使被照射介质原本稳定的化学键受到破坏，成为游离状态的分子。同时，紫外光分解空气中的氧分子，产生游离氧。进而产生臭氧。臭氧对有机物具有极强的氧化作用，臭氧继而将游离态的污染物分子氧化成无害物质。以此减少污染物排放。

使用紫外光解处理三苯过程中，可以使用二氧化钛做光解催化剂，能加快分解速度，还可以选用光触媒、溶菌酶等多种催化剂。

4 结束语

虽然废气处理净化技术路线较多，但是各种处理技术均有其自身的优缺点。所以加大新兴技术的研究和使用，在处理具体的废气过程中，应根据各种工艺特点，灵活应用。利用投资和运行成本较低的技术做预处理，利用投资较大但运行效果较理想的技术做深度处理，使尾气净化流程更加合理。这是将来处理化工废气的一个新的发展趋势。

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Technical review of treatment process of volatile organic compounds

Chen Anying
（No.1 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

This paper expounded the principle,advantages and disadvantages of traditional tail gas treatment technology as well as the VOCs treatment process flow,expected the emerging VOCs treatment technologies,and proposed opinion for the pretreatment and deep treatment of waste gas.

volatile organic compounds;VOCs;tail gas;treatment

X701

：B

：1671-4962（2017）03-0001-03

2017-03-23

陈安营，男，工程师，2005年毕业于黑龙江大学化学工程与工艺专业，现从事化工生产管理工作。